2019版高考物理(江苏专用)大一轮复习讲义:第九章磁场能力课2word版含解析.doc.pdf
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1、能力课2 帑电粒子在电该场中的追动与现代科技的结合 回旋加速器的原理和分析 27CZ71 1 ?加速条件:r幌 =r 圖 =B。 2.磁场约束偏转: 神=。 3.带电粒子的最大速度vmax= 为 D形盒的 半径。粒子的最大速度? ax fib 与加速电压 t/无关。 4.回旋加速器的解题思路 (1)带电粒子在两D形盒缝隙间的电场中加速、 交变电流的周期与磁场周期相等,每 经过电场一次,粒子加速一次。 (2)带电粒子在磁场中偏转、半径不断增大,周期不变,最大动能与形盒的半径 有关。 【例1】(2016?江苏单科)回旋加速器的工作原理如图1甲所示,置于真空屮的 D形金属盒半径为 /?, 两盒间狭缝
2、的间距为A磁感应强度为B的匀强磁场与盒面垂 直,被加速粒子的质量为m,电荷量为 +加在狭缝间的交流电压如图乙 97TM7 T 所示,电压值的大小为f/o,周期一束该种粒子在Z=0?i时间内从A 处均匀地飘入狭缝,其初速度视为零。现考虑粒子在狭缝中的运动吋间,假设能够 出射的粒子每次经过狭缝均做加速运动,不考虑粒子间的相互作用。求: (1)出射粒子的动能,n; (2)粒子从飘入狭缝至动能达到 m所需的总时间 /(); (3)要使飘入狹缝的粒子屮有超过99%能射出,d应满足的条件。解析(1)粒子运动 半径为时,速度最大,动能最大 qvB=m 且Em=mv 2 1.霍尔效应: 高为宽为d的金属导体
3、( 自由电荷是电子 )置于匀强磁场中当电流通 过金属导体时,在金属导体的上表面A和下表面A之间产生电势差这种现象称 为霍尔效应,此电压称为霍尔电压。 A /Bz / / / / A 图2 2.电势高低的判断:如阁2所示,金属导体中的电流/ 向右时,根据左手定则可得, 下表面A的电势高。 3.霍尔电压的计算: 导体中的自由电荷 ( 电子) 在洛伦兹力作用下偏转,A、A间出 现 电势差,当自由电荷所受静电力和洛伦兹力平衡时,A、A间的电势差 (/)就保 T A yAr -f - 2 由z/99%,解得私: 斤六亡crB-R2 nBR 2+2BRd 答案一 2U() Ti m 1 (3W形盒半径决定
4、, /?=$ ,则 v=f,射出时的动能为 Ek=Lmv2=cL_与粒子加速的次数无关,与加速电压无关,C、D项错误。 答案B 5.如图4为一种改进后的回旋加速器示意图,其屮盒缝间的加速电场场强大小恒定, II被限制在AC板间,虚线中间不需加电场,如图所示,带电粒子从Po处 以速度 IV沿电场线方向射入加速电场,经加速后再进入D形盒中的匀强磁场做匀速圆周 运动,对这种改进后的回旋加速器,下列说法正确的是() 阁4 A.带电粒子每运动一周被加速两次 B.带电粒子每运动一?周 C.加速粒子的最大速度与D形盒的尺十有关 D.加速电场方向需要做周期性的变化 解析带电粒子只有经过AC板间时被加速,即带电
5、粒子每运动一周被加速一次。 电场的方向没有改变,则在AC间加速,故选项A、D错误;根据 得,则 八7) PiP2=2(r2= , 因为每转一圈被加速一次,根据V2v2=2ad,知每转 一圈,速度的变化量不等,且的一口2j,粒子可能从板间射出,选项C错误; 若此粒子从右端沿虛线方向进入,所受电场力和洛伦兹力方向相同,不能做直线运 动,选项D错误。 答案AB 7.如图6所示是质谱仪的工作原理示意图。带电粒子被加速电场加速后,进入速度 选择器。速度选择器内相互正交的匀强磁场和匀强电场的强度分别为B和。 平板 S上有可让粒子通过的狭缝P和记录粒子位罝的胶片平板S下方有 强度为的匀强 磁场。下列表述正确
6、的是() 解析当粒子从形盒中出来速度最大时,根据呎得 qBR m 么质子获得的最大动能 = q2B2R 2 2m ,则最大动能与交流电压 t/无关,故 A项错 加速屯场 - 十 速度选择器 + - - E B A| A.)PS ;二;B, A.质谱仪是分析同位素的重要工異 B.速度选择器中的磁场方向垂直纸面向外 E C.能通过狭缝P的带电粒子的速率等于f D.粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P,粒子的荷质比越小 解析因同位素原子的化学性质完全相同,无法用化学方法进行分析,故质谱仪就成 为同位素分析的重要工具,A正确;在速度选择器中,带电粒子所受电场力和洛伦 兹力在粒子沿直线运动时应等大反向,结合
7、左手定则可知B正确;再由 qE=qvB,有C正确;在匀强磁场Bo中戶斤以3=打0/?,D错误。答案ABC 8. (2017?江苏扬州市高三期末检测)冋旋加速器工作原理示意图如图7所示,磁 感 应强度为B的匀强磁场与盒面垂直,两盒间的狭缝很小,粒子穿过的时间可忽 略,它们接在电压为(7、频率为 / 的交流电源上,若4处粒子源产生的质子在加速 器中被加速,下列说法正确的是() A.若只增大交流电压C/,则质子获得的最大动能增大 B.若只增大交流电压(7,则质子在回旋加速器中运行时间会变短 C.若磁感应强度增大,交流电频率/ 必须适当增大j能正常工作 D.不改变磁感应强度S和交流电频率 / ,该回旋
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